Spectroscopie RMN

Spectroscopie De Résonance Magnétique Nucléaire est le nom donné à la technique qui exploite les propriétés magnétiques des noyaux. Ce phénomène et ses origines est détaillé dans une section séparée dessus Résonance magnétique nucléaire (RMN).

Beaucoup de secteurs de l'information peuvent être obtenus à partir de ce phénomène simple. Sous sa forme plus simple RMN permet l'identification de différents atomes dans une molécule pure. Tout comme employer spectroscopie infrarouge pour identifier les groupes fonctionnels, l'analyse d'un spectre RMN de 1D indique au scientifique quels environnements d'atome (comme un proton méthylique), et dans certains cas combien d'atomes de chaque type, existez dans l'échantillon. RMN est basé dans les propriétés mécaniques de quantum des noyaux, et en tant que tels est très fiable, prévisible et reproductible.

La spectroscopie RMN est beaucoup plus puissante que cette utilisation journalière. Il peut être employé pour étudier des mélanges des analytes ; pour comprendre des effets dynamiques tels que le changement des mécanismes de la température et de réaction ; il peut être employé dans la solution et à semi-conducteurs ; et en critique c'est un outil de valeur inestimable dans la protéine d'arrangement et la structure et la fonction d'acide nucléique.

Table des matières

Techniques RMN De base

Une fois placé dans un aimant, Noyaux actifs RMN (comme 1H ou 13C) résonnent à une fréquence spécifique. La fréquence dépend de la force de l'aimant. Dans des 21 tesla aimant protons résonnez à 900 mégahertz. Il est commun pour se rapporter à un aimant de 21 T en tant que 900 Mégahertz aimant, mais il vaut la peine de se rappeler que les différents noyaux résonnent à une fréquence différente à cette force de champ.

1D RMN

À quoi est-ce qu'un spectre de 1D ressemble ?

À 21 T, les protons résonnent à environ 900 mégahertz. Les différents protons dans une molécule chacun résonnent aux fréquences légèrement différentes dépendantes de leur environnement local. Puisque cette fréquence dépend de la force du champ magnétique, il est converti en a champ-indépendant valeur connue sous le nom de décalage chimique.

Ainsi les noyaux dans différents environnements ont différents décalages chimiques. Par arrangement les différentes valeurs du décalage chimique nous pouvons assignez chaque signal à un atome ou groupe d'atomes dans la molécule à l'étude.

Par exemple, dans un spectre de proton pour l'éthanol (ch3Ch2L'OH) nous nous attendrions à des trois signaux spécifiques à trois décalages chimiques de détail. Un pour le ch3 groupe, un pour le ch2 groupe et un pour l'OH. Un ch typique3 le groupe a un décalage autour de 1 page par minute, le ch2 attaché en OH a un décalage d'environ 4 pages par minute et l'OH a un décalage autour 2 ou 3 pages par minute.

Pourquoi nous n'obtenons pas trois signaux pour le ch3 groupe ? Il est parce que pendant l'expérience RMN (qui prend typiquement quelques uns mme.) le mouvement moléculaire fait chacun des trois protons méthyliques moyenne dehors-ils deviennent "se dégénèrent" qui est une manière scientifique de l'implication identique.

Le secteur des crêtes

Intéressant la forme et la taille des crêtes sont des indicateurs de structure chimique aussi. Dans l'exemple au-dessus -le du spectre de proton de l'éthanol-le ch3 la crête serait trois fois plus grandes que l'OH. De même le ch2 la crête serait deux fois plus grande que la crête de l'OH, mais seulement 2/3 de la taille du ch3 crête !

Le logiciel moderne d'analyse permet à l'analyse de la taille des crêtes de comprendre combien de protons provoquent la crête. Ceci est connu As intégration- un processus mathématique qui donne le secteur sous un graphique (essentiellement ce qui est un spectre). Il est important de noter que l'analyste doit intégrer la crête et ne pas mesurer sa taille parce que les crêtes ont également largeur- et sa taille dépend ainsi de son secteur non sa taille.

Multiplets - l'aspect des crêtes

Le décalage chimique n'est pas le seul indicateur que nous pouvons employer pour assigner une molécule. Puisque les noyaux eux-mêmes sont de petits aimants qu'ils s'influencent, changeant l'énergie et par conséquent la fréquence des noyaux voisins comme elles résonner-ces est connues As tourner-tournez l'accouplement. Les plus importants dactylographient dedans RMN de base sont accouplement scalaire. Cette interaction entre deux noyaux se produit par les obligations chimiques, et peut typiquement être vu jusqu'à trois obligations loin.

Comprendre l'effet de l'accouplement scalaire laisse le regard à un proton qui a un signal à 1ppm. Si nous disons maintenant que notre proton est dans une molécule où trois obligations loin existe un autre proton (dans un groupe de CH-CH par exemple), le groupe voisin (un champ magnétique) cause le signal à 1 page par minute pour couper en deux, avec une crête étant quelque hertz plus de haut que 1 page par minute et l'autre crête étant le même nombre d'hertz inférieur 1 page par minute. Ces crêtes ont la moitié du secteur de l'ancien singulet crête. L'importance de ceci qui se dédouble (différence dans la fréquence entre les crêtes) est connue en tant que constante d'accouplement. Une valeur constante d'accouplement typique serait de 7 hertz.

La constante d'accouplement est indépendant de force de champ magnétique parce qu'elle est provoquée par le champ magnétique d'un autre noyau, pas l'aimant de spectromètre. Par conséquent il est cité dedans hertz (fréquence) et pas page par minute (décalage chimique).

Ainsi dans notre spectre nous avons un signal centré à 1 page par minute, la fente dans deux-mais nous ont présenté un proton supplémentaire. Laisse la parole que le proton résonne à 2.5 pages par minute, à quoi le spectre ressemblerait-il ? Bien, ce proton serait également coupé en deux par le proton à 1 page par minute. Puisque l'importance d'interaction est même se dédoubler aurait la même constante d'accouplement 7 hertz de distante. Notre spectre aurait deux signaux, chacun étant a doublet. Le secteur des doublets sera identique que des autres, parce qu'ils tous les deux sont produits par un proton chacun.

Au delà Des Doublets ? Triplets !

Laisse la prise nos deux doublets à 1 page par minute et à 2.5 pages par minute de notre molécule fictive CH-CH. Ce qui se produit si nous le changeons en ch2- CH ? Ce que nous savons en haut de nous pouvons rationaliser ce qui suit :

  • La surface totale de la 1 page par minute ch2 la crête sera deux fois celle de la crête de 2.5 la page par minute ch.
  • Le Ch2 la crête sera coupée en doublet par le ch crête-avec une crête à 1 page par minute + 3.5 hertz et à un à 1 page par minute - 3.5 hertz (la constante se dédoublante ou d'accouplement totale est de 7 hertz).

Qu'arrivera à se dédoubler de la crête de ch à 2.5 pages par minute ? Il sera dédoublé deux fois par chaque proton du ch2. Le premier proton coupera la crête en deux intensités égales et ira d'une crête à 2.5 crêtes de la page par minute deux, un à 2.5 page par minute + 3.5 hertz et l'autre à 2.5 pages par minute - 3.5 Hertz-chaque avoir des intensités égales. Cependant ceux-ci seront dédoublés encore par le deuxième proton. Laisse voir ce qui arrive aux frequencys :

  • Les 2.5 pages par minute + le signal de 3.5 hertz sera coupé en 2.5 page par minute + 7 hertz et 2.5 pages par minute
  • Les 2.5 pages par minute - le signal de 3.5 hertz sera coupé en 2.5 pages par minute et 2.5 pages par minute - 7 hertz

Ainsi obtenons-nous quatre crêtes ? Le lecteur soigneux notera que nous obtenons trois : un signal à 7 hertz au-dessus de 2.5 pages par minute, deux signaux se produisent à 2.5 pages par minute, et final à 7 hertz en-dessous de 2.5 pages par minute. La ration de la taille entre eux est 1:2:1. Ceci est connu comme triplet et est un indicateur que le proton est three-obligation d'un ch2 groupe.

Multiplets

Nous pouvons prolonger ceci à n'importe quel chn groupe. Laisse le changement notre ch2- ch au ch3- CH2 mais gardez les constantes chimiques de décalage et d'accouplement identiques.

  • Les secteurs relatifs entre le ch3 et ch2 les sous-unités seront 3:2.
  • Le Ch3 est couplé à deux protons dans un 1:2:1 triplet autour 1 page par minute.
  • Le Ch3 est couplé à trois protons. Quelle forme a-t-il ?

Quelque chose a dédoublé par trois prises identiques de protons une forme connue sous le nom d'a quartet, chaque crête ayant des intensités relatives de 1:3:3:1.

La multiplicité d'une crête couplée à n le nombre de protons identiques suit l'ensemble de valeurs dedans La triangle du Pascal:

  n 0 1 1 1 1 2 1 2 1 3 1 3 3 1 4 1 4 6 4 1 etc...                   1 5 10 10 5 1

Laisse l'essai un exemple extrême. Prise 2-methylpropane : (CH3)3Ch. Le proton de ch est attaché à trois groupes méthyliques identiques. C'est 9 protons ! Regarder la triangle du Pascal pour n= 9, nous voyons que la crête dans le spectre serait coupée en dix avec des intensités relatives de : 1:9:36:84:126:126:84:36:9:1 !

Liens externes

  • La Science de la spectroscopie - soutenu par NASA, inclut OpenSpectrum, un outil d'étude Wiki-basé pour la spectroscopie que n'importe qui peut éditer
 

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